Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород Советский патент 1982 года по МПК E21C37/18 G01M19/00 

I

Изобретение относится к стендам .для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород под воздействием ударных нагрузок и энергии электромагнитного поля СВЧ.

Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород комбинированным воздействием режущего инструмента и энергии электромагнитного поля СВЧ, включающий опорную раму, приводы для вращения и подачи полого бурового става с электротермомеханическим породоразрушающим органом, смонтированные на этой раме, а также генератор СВЧ-энергии, волновод и радиоизмерительную аппаратуру П.

Этот стенд из-за своих конструктивных особенностей не приспособлен для исследования ударных нагрузок на горную породу, ослабленную электромагнитным полем СВЧ.

Более близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и средство для его подъема и удержания, источник СВЧ-энергии с излучателем и подключенной к ним радиоиз10мерительной аппаратурой, и радиогерметичный экран с помещённым внутри него образцом горной породы.

С помощью этого стенда возможно определить такие параметры процесса

ts электротермоударного разрушения горных пород, как энергия удара, плотность потока СВЧ-мощности, коэффициент передачи энергии, производительность и энергоемкость процесса

20 разрушения и т.д. 12.

Однако стенд не дает возможности исследовать влияние нарушений (образование термоупругих напряжений. 39 NMKpoTpeinMH, трещин, каверн и др.), возникающих в породе в процессе ее облучения, на параметры электротермоударного разрушения. Это в свою очередь влияет на получение доста точно точных данных по рациональному значению удельного потока СВЧ-мощности, энергоемкости разрушения и др Кроме того, известный стенд не позво ляет изучить влияние на параметры разрушения направления векторов элек рической и магнитной составляющих СВЧ-поля, соответстйенно. Цель изобретения - повышение точности проведения исследований, а также увеличение объема получаемой информации. Поставленная цель достигается тем что стенд снабжен генераторами ультразвуковых колебаний и двумя парами электрически связанных с ними ультразвуковых преобразователей, установ ленных на боковых гранях образца гор ной породы и размещенных попарно по осям, совпадагасцим с направлением век торов основных составляющих компонен электромагнитного поля и проходящим через центр зоны облучения. .На чертеже показана принципиальна схема стенда. Стенд имеет опорную раму 1 и смон тированную на ней стойку 2, к которой прикреплена с возможностью враще ния направляющая труба 3. В трубе 3 размещен электромагнит 4, служащий для поъема и удержания свободно падающего ударника 5 Для устранения излучения СВЧ-энергии в открытое пространство стенд снабжен радиогерметичным экраном 6, в который помещают исследуемый образец 7 горной породы. Под нижним концом направляющей трубы 3 размещен излучатель 8 СВЧ энергии, который выполнен с отверстием в верхней стенке (не показано) для нанесения удара по породе ударником 5« Излучатель 8 через комп лект радиоизмерительной аппаратуры 9 включающей в себя, например, регулируемый ослабитель СВЧ мощности, рефлектометр, измерители уровня мощности-, волномер и др., подключен к источнику 10 СВЧ-энергии. На образце 7 горной породы установлены ультразвуковые преобразовате ли 11, которые подключены к генераторам 12 ультразвуковых колебаний и регистрирующей аппаратуре 1334Принцип работы стенда заключается в следующем. В радиогерметичный экран 6 помещают образец 7 горной породы, и на его боковых гранях закрепляют ультразвуковые преобразователи 11. При этом, одна пара преобразователей 11 (излучающий и приемный) устанавливается соосно и в направлении, совпадающем с вектором электрической составляющей СВЧ-поля, а вторая - с вектором магнитной составляющей, т.е. по осям ОХ и ОУ, как показано на чертеже, которые проходят через центр зоны облучения. Далее через образец 7 горной породы от генераторов 12 ультразвука пропускаются ультразвуковые колебания, и по их параметрам (интенсивности, затухания, скорости распространения), определяемым посредством регистрирующей аппаратуры 13 судят о состоянии горной породы в направлении осей ОХ и ОУ без нагрузки, т.е. без электромагнитного и. механического воздействия. После этого производится запуск источника Ю СВЧ-энергии и .облучение образца 7 горной породы. Ударник 5 при этом поднят над породой и удерживается электромагнитом 4. Одновременно с облучением СВЧ-энергией через горную породу непрерывно npo-i пускаются ультразвуковые колебания. В процессе облучения, в зависимости от параметоров электромагнитного воздействия, в горной породе образуются различные нарушения (термоупругие напряжения, трещинообразования и т.д.), которые приводят к ее разупрочнению. Степень и характер эткх нарушений вызывает изменение параметров, проходящих через породу ультразвуковых колебаний, .что непрерывно регистрируется аппаратурой 13. Поскольку ультразвуковые преобразователи устанавливаются по осям, совпадающим с направлением векторов электрической и магнитной составляющих СВЧ-поля и проходящим через центр зоны облучения, где наиболее интенсивно проявляются- нарушения в горной породе, то степень ее разупрочнения одновременно, регистрируется в плоскости электрической и магнитной составляющей поля с наибольшей точностью. Далее отключаетсяэлектромагнит и ударник 5 сбрасывается, ударяя в

зону наиболее эффективного воздействи СВЧ-поля. При этом в момент, предшествующий удару по породе, ударник 5 размыкает контакт и источник 10 СВЧ-энергии отключается. Затем произ водится подъем ударника и замер объема разрушенной породы.

Использование предлагаемого стенда в исследованиях позволяет путем обработки характеристик ультразвуковых колебаний получить зависимости упругих и прочностных показателей горных пород от параметров электромагнитного воздействия, определить КПД преобразования СВЧ-энергии,

энергоемкость разрушения, область рациональных значений удельной плотности потока мощности, размеры и расположение зоны эффективновного разупрочнения породы, влияние электрической и магнитной составляющих на параметры электротермоударного разрушения; изучить влияние параметров нагружения породы (интенсивности и длительности облучения СВЧ энергией, энергии удара, скорости приложения ударных нагрузок, фор№) породоразрушающего элемента и его ориентации относительно направления векторов, составляющих СВЧ-поля и др. на эффективность процесса электротермоударного разрушения; путем анализа полученных результатов определить рациональные параметры электротермоударного разрушения, пути совершенствования рабочих органов и режимов их работы, обеспечивающих повышение проснижение энергоемизводительности и кости разрушения.

Формула изоберетения

Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий опорную раму с копром в виде стойки и направляющей трубы, внутри которой размещены свободно падающий ударник и сред- ство для его подъема и удержания, источник СВЧ-энергии с излучателем и подключенной к ним радиоизмерительной аппаратурой, и радиогерметичны экран с помещенным внутри него образцом горной породы, о т ли ч а Ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения точности проведения исследований и увеличения объема получаемой информации, стенд снабжен генераторами ультразвуковых колебаний и двумя парак электрически связанных с ними ультразвуковых преобразователей, установленных на бокоолх гранях образца горной породы и размещенных попарно по осям, совпадающим с направлением векторов основных составляющих компонент электромагнитного поля и проходящим через центр зоны облучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Термомеханические методы разруения горных пород. Ч- 5 , Наукова думка, 1972, с, 92-9.

2,Москалев А.Н. и др. Проблемы азрушения горных пород. Киев, Науова думка, 1979, с. 75-82(прототип).